TCR式SVC与MCR式SVC的区别与比较 - 图文

目录

一、前言............................................................ 3 二、TCR式SVC....................................................... 6

1.TCR式SVC国内外发展现状......................................................................................... 6 2.TCR式SVC的结构及工作原理 .................................................................................... 8

2.1 TCR+FC型SVC的补偿原理 .................................. 8 2.2 单相TCR结构与基本原理................................... 9 2.3 TCR型动态无功补偿装置运行特性分析 ...................... 11 2.4 谐波分析和抑制.......................................... 12 2.5 TCR式SVC主要设备和关键技术 ............................ 14

三、MCR式SVC...................................................... 17

1.MCR式SVC国内外发展现状....................................................................................... 17

1.1 磁控电抗器国外发展情况.................................. 17 1.1.1 25Mvar /110kV磁控电抗器 .............................. 17 1.1.2 180Mvar /330kV磁控电抗器 ............................. 18 1.1.3 60Mvar/500kV单相磁控电抗器 ........................... 19 1.1.4 MCR技术在美国的发展 .................................. 20 1.2 国内磁控电抗器的发展情况................................ 21 2.MCR式SVC的结构及工作原理 .................................................................................. 23

2.1 MCR+FC型SVC的补偿原理 ................................. 23 2.2 MCR的结构与基本原理 .................................... 24 2.2.1 MCR基本工作原理 ...................................... 24 2.2.2.原理接线图............................................ 25 2.2.3.技术特性.............................................. 26 2.3 MCR式SVC主要设备和关键技术 ............................ 28

四、TCR式SVC与MCR式SVC的比较 ................................... 28

1.TSVC型动态无功补偿装置的主要组成 .................................................................. 28 1.1 TSVC型动态无功补偿装置的特点 ....................................................................... 30

1.1.1可靠性低 .............................................. 30

1.1.2基建投资大 ............................................ 30 1.1.3后期维护费用高 ........................................ 30 1.1.4谐波污染大 ............................................ 30 1.1.5电磁污染大 ............................................ 31 1.1.6须专人值守 ............................................ 31 2.MSVC型动态无功补偿装置的主要组成 .................................................................. 31 2.1MSVC型动态无功补偿装置....................................................................................... 31 2.2 MSVC型动态无功补偿装置的特点 ....................................................................... 32

2.2.1可靠性高 .............................................. 32 2.2.2经济性好 .............................................. 32 2.2.3安全性好 .............................................. 32 2.2.4经济优势明显 .......................................... 33

五、针对重庆丰都、南宾站采用MCR和TCR的比较....................... 33

1．项目概况 ....................................................................................................................... 33 2.技术性比较 ..................................................................................................................... 34 3.经济性比较 ..................................................................................................................... 34

3.1采用TCR需要配置设备和基础设施建设的投资 ................ 34 3.2采用MCR需要配置设备的投资 .............................. 34

一、 前言

无功功率指的是交流电路中电压U与电流I存在一相角差时，电流流过容性电抗（XC）或感性电抗（XL）时所形成的功率分量。这种功率在电网中会造成电压降落（感性电抗时）或电压升高（容性电抗时）和焦耳（电阻发热）损失，却不能做出有效的功。当功率因数非常低时，无功功率就会变得很大而造成能源的浪费，在这种情况下，必须提高功率因数，对无功进行补偿。无功功率补偿对电力系统具有重要意义，概括起来有：

（1） 维持系统电压基本不变，抑制电压闪变； （2） 提高供电系统及负载的功率因数，减小功率损耗； （3） 提高电力系统的静态和动态稳定性，阻尼功率震荡； （4） 提高发电机有功输出能力； （5） 平衡三相的有功功率和无功功率；

因而合理配置无功补偿（包括使用场合、容量设计和采用型式选择）是电力系统规划和设计中一项重要内容。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿，不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，而且可以降低有功网损和无功网损，使电力系统能够安全经济运行。

传统的无功补偿装置很多，有同步调相机、并联电容器等。同步调相机（Synchronous Condenser-SC）是专门用来产生无功功率的同步机，在过励磁或欠励磁的不同情况下，可以分别发出不同大小的容性或感性无功功率。由于它是旋转电机，损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，响应速度慢，在很多情况下已经不能满足快速无功功率控制的要求。并联电容器也是无功补偿的传统方法之一，其结构简单，费用低廉。然而，并联电容器不能跟踪在负载无功需求的变化，只能补偿固定无变化的无功功率，且当系统中存在谐波时，还有可能发生并联谐振，导致谐波放大。

除此之外，随着各种用电设备越来越多样化。对三相供电系统来说，除了存在大量的对称负荷外，还有许多不对称负荷，譬如电气化铁路和电弧炉等。三相电压电流不平衡会对电力系统和用户造成一系列的危害，其中主要有：引起旋转电机的附加发热和振动，危及其安全运行和正常出力；引起以负序分量为启 动元件的各种保护装置发生误动作（特别是当电网中同时存在谐波时），这对电

网安全运行具有严重威胁；电压不平衡会使半导体变流设备产生附加的非特征谐波电流，而这种设备一般设计上只允许2%的电压不平衡度等。

由于传统无功补偿装置自身的局限性，从20世纪70年代开始逐渐被静止无功功率补偿装置（Static Var Compensator-SVC）所取代。饱和电抗器（Saturated Reactor-SR）属于早期的静止无功补偿装置，其铁心工作在饱和状态，因而损耗和噪声都很大，而且存在一些非线性电路的特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，故此未能占据静止无功补偿装置的主流。随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，使用晶闸管的静止无功补偿装置逐渐取代上述补偿装置成为首选方案。这类静止无功补偿装置没有旋转元件、可靠性高，可以根据电网无功的实时需求连续调节无功功率的输出，从而实现系统无功功率的动态补偿。具有快速响应性，可频繁动作性，以及分相补偿的能力，可应用于大型冲击性、快速周期波动、不平衡以及非线性负荷的动态无功补偿领域，改善电能质量。因此，近十年来，在世界范围内其市场一直在迅速而稳定的增长，已占据了静止无功补偿器的主导地位。

SVC由可控电感支路和固定（或可变）电容器支路并联组成，已经工程实现并大量应用的有以下几种可控电感、电容支路型式：

（1） 自饱和电抗器（Saturated Reactor，SR）

自饱和电抗器，可分为自饱和电抗器和可控饱和电抗器两种。它通常应用在控制电压的大幅偏移、缓解电压闪变、在直流输电终端进行无功补偿等领域。商用饱和电抗器的补偿容量已达270Mvar。

（2） 可控硅控制电抗器（Thyristor Controlled Reactor,TCR）

TCR型补偿器具有反应时间快（10-20ms），无级调节，可以分相调节，平

衡有功，适用范围广等优点，实际应用的比较多，在控制电弧炉负荷产生的闪烁时，大部分都是采用这种型式；但它同时也具有工作时会产生大量谐波，对电网造成二次污染，提高了滤波的难度和成本；维护量大且复杂；价格贵；漏磁大，电磁污染厉害等缺点。

（3） 可控硅投切电容器（Thyristor Switched Capacitor，TSC） TSC型补偿器由一组并联的电容器组成，每一台电容器都与双向晶闸管串联。这里的晶闸管仅起开关的作用，以替代常规电容器所配置的机械式开关。在

运行时，根据需要补偿电流的大小，决定投入电容的组数。由于电容式是按组投切的，所以会在电网中产生冲击电流。为了实现无功电流尽可能的平滑调节，有两种解决办法：首先可以增加电容的组数，组数越多，级差就越小，但这必然会增加运行成本，如何协调二者的关系，是电网公司应该考虑的问题；其次就是要把握电容器的投切时间。研究表明，最佳的投切时间是晶闸管两端电压为零的时刻，也就是电容器两端电压等于电源电压的时刻。所以TSC一般都是采取过零投切的。

TSC型补偿器的特点是反应快，适用范围广，分相调节装置本身不产生谐波，损耗小；但它只能分级调节，价格较高。10kV以上难以广泛应用，1kV以下使用很广。

（4） 可控硅控制高漏抗变压器（Thyristor Controlled Transformer，TCT）

TCT具有TCR的几乎所有优点。由于TCT变压器一、二次绕组损耗较大，

比TCR的效率低，同时，运行时，噪声较大。研究表明，从补偿器容量和价格等角度进行综合比较，补偿容量在25Mvar以下选用TCT比较经济，在25Mvar以上的补偿容量则不宜采用TCT而应采用TCR。TCT的可控硅采用并联均流可承受大电流，TCR的可控硅则采用串联均压以承受高电压。高漏抗变压器的漏磁大，要加强变压器箱体对漏磁的屏蔽和采用无磁性夹件等技术措施。当电弧炉等三相不平衡负荷以TCT作无功补偿时，如果将TCT的高漏抗变压器做成三相变压器型式，则其铁心必须有两边心柱作为零序磁通的闭合铁心磁路。

（5） 机械开关投切电容-晶闸管控制电抗器型（Mechanically Switched Capacitor + Thyristor Controlled Reactor，MSC+TCR）

在一些要求不高，电容投切不频繁的应用场合，可以采用机械开关代替TSC支路的晶闸管，构成机械开关投切电容-晶闸管控制电抗器型无功补偿装置，有利于降低成本和降低损耗。

（6） 固定电容-晶闸管控制电抗器型（FC+TCR）

FC+TCR型补偿器由TCR和若干组不可控电容器并联而成。通过控制与电抗器串联的双向晶闸管的导通角，既可以向系统输送感性无功电流，又可以向系统输送容性无功电流。由于该补偿器响应时间快（小于等于一个周波），灵活性大，而且可以连续调节无功输出，同时，可以补偿电网的三相不平衡。所以目前在国

内的电力系统中应用比较广泛。但该补偿装置输出电流中含有较多的高次谐波，而且电抗器体积大，成本也比较高。

（7） 晶闸管投切电容-晶闸管控制电抗器（TCR+TSC）

TCR+FC型和TSC型补偿器都能有效的补偿系统中的无功电流，但各有自己的缺点，TCR+FC型补偿器容易产生谐波，而TSC型补偿器对于冲击性负荷引起的闪变不能进行很好的抑制。二者的缺点正是对方的优点，所以TCR+TSC型补偿器应运而生。由TCR提供可调的感性无功功率，FC提供容性无功功率，同时作为3，5，7，11次谐波的滤波器，当FC提供的容性无功不足时，TSC投入运行。

（8） 固定电容+磁控式电抗器型（FC+MCR）

FC+MCR型补偿器是由MCR和若干组不可控电容器并联而成。通过控制MCR内部附加直流励磁系统的可控硅的导通角，既可以向系统输出感性无功电流，又可以向系统输出容性无功电流。由于该补偿器除了响应速度稍慢于FC+TCR和TCR+TSC外，它几乎具有了FC+TCR和TCR+TSC的所有优点，而且它还具有装置本身输出电流中几乎不含有谐波，成本较低，占地面积小，不需要专门的冷却系统，安全可靠性高，免维护，不产生漏磁污染等大量的优点，目前正在各个领域广泛应用和推广，使用效果理想，大有取代以前的传统的SVC之势。

总的来说，没有任何一种SVC可以万能地满足所有无功功率补偿的要求。选择特定结构的SVC通常基于如下几个因素：应用的要求、响应速度、运行的频率、损耗、投资成本、噪音等。不过，FC+MCR和FC+TCR是迄今为止最为通用的SVC结构型式，但MCR式SVC要比TCR式SVC性价比更高，更可靠。

二、 TCR式SVC

1. TCR式SVC国内外发展现状

TCR式SVC主要有TCR+FC或TCR+TSC两种结构型式，此类SVC包括与负荷并联的电抗器或电容器或二者的组合，具有可调/可控部分。电容器通常包括与谐波滤波器电路结合成为一体的固定的或机械投切的电容器，或在需要对电容器进行高速或非常频繁投切时所采用的晶闸管投切的电容器（TSC）等型式。SVC装置无功输出呈连续变化，静态和动态地使电压保持在一定范围内，提高系统的稳定性。

国外对这方面的研究始于1977年，美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了其使用晶闸管的静止无功补偿装置。1978年，在美国电力研究院（Electric Power Research Institute）的支持下，西屋电气公司（Westing house Electric Corp）制造的使用晶闸管的静止无功补偿装置投入实际运行。所后世界各大电气公司都竞相推出了系列产品。近十多年来，SVC在世界范围内其市场一直在迅速而稳定的增长，已经占据了静止无功补偿装置的主导地位。目前世界上几个著名的电气生产产商（如瑞士ABB公司、德国西门子公司、法国阿尔斯通公司、美国通用电气公司以及日本东芝、三菱等公司）在SVC装置的研制方面都具有较为成熟的技术和经验。其中以ABB公司在其中的份额最大。截至到2005年9月，ABB公司已经给世界各国提供近400套SVC装置（其中输电网SVC约183套，总容量38555Mvar），每年仍提供约8套左右的SVC装置。西门子公司对基于晶闸管控制技术的无功补偿技术的研究也起始于上世纪70年代，第一套SVC产品（TCR型）于1980年被订购。1984年，提供了第一套TSC型SVC。目前，生产的SVC产品达到100多套，总容量7702MVA，涉及19个国家。西门子还在美国的Nucor安装了世界最大的SVC系统，容量达410Mvar。

我国输电系统早在1981年就将ABB公司的第九套和第十套SVC引进，投入凤凰山变电站，至1990年总共有五个500kV变电站（广东的江门、湖南的云田、湖北的凤凰山（两套）、河南的小刘以及辽宁的沙岭）采用6套进口SVC装置，容量在105～170Mvar之间，型式为TCR+TSC或者固定电容器组（FC），每套设备的费用大约在150-275 万美元（当时价）。鞍山某公司于90年代引进乌克兰TCR型SVC技术，采用热管散热、电磁触发，控制器采用单片机等一系列技术，由于总体技术落后，相对进口产品价格较低，机制灵活，在国内钢铁行业推出得到了较广泛的应用。1999年中国电科院在原国家电力公司的资助下开始了“静止无功补偿器实用化技术的研究”，引进ABB、西门子的技术，并在2002年推出了TCR平台，采用了全数字化控制、封闭式纯水冷却、综合自动化、光电触发等技术，并将其成功运行于电弧炉的治理工程。目前中国已能生产配电网用的SVC，价格一般约为200～300元/kvar。但就输电网而言，用于35 kV 以上高电压等级输电系统大容量的SVC国内尚不具备制造能力，特别是关键技术的系统集成能力。2004年中电科院的鞍山红一变SVC国产化工程（35kV，100Mvar，见图1）是国内第一套应用于输电网

络的国产化SVC 产品。但目前国内电气化铁路SVC的使用还很少，且只是在支线上应用。

图1 2004年辽宁鞍山红一变SVC工程

2. TCR式SVC的结构及工作原理

TCR式SVC是并联无功补偿装置中的一种，它通过控制晶闸管的导通角α来控制电抗器在一周波内投入时间的长短，从而控制流过电抗器的电流的有效值，这相当于通过调节电抗的大小，来达到控制其吸收的无功功率大小的目的。 2.1 TCR+FC型SVC的补偿原理

TCR式SVC一般由晶闸管控制电抗器（TCR）支路和几组LC滤波支路组成，兼顾滤波和动态无功补偿。TCR+FC型动态无功补偿器的单相原理图如图2所示。 其中的LC支路为固定连接，TCR支路采用触发延迟控制，形成连续可控的感性电抗，通常TCR的容量大于FC的容量，以保证既能输出容性无功，也能输出感性无功。

由图2可得稳态下系统无功和谐波电流平衡方程：

QS?QL?Qf?Qc （2-1）

图2 TCR+FC型SVC单相等效接线图

??I??I??I? （2-2） I hLhfhch途中Qf表示负载无功（随机），QL为补偿电抗器提供的感性无功，Qc为固定电容器组提供的容性无功，QS为系统总无功，Ih为谐波电流。

SVC如图2接入系统中，电容器提供固定的容性无功Qc，根据负载无功Qf的变化情况，调节补偿电抗器输出感性无功QL的大小，使得总的感性无功和容性 相抵消，即系统无功QS?QL?Qf?Qc=常数（或0），则能实现电网功率因数等于常数（或1），电压几乎不波动。LC滤波器的投入，理想情况下使流入系统的

??I??I??I?=0 谐波电流IhLhfhch2.2 单相TCR结构与基本原理

图3 TCR主电路示意图

基本的单相TCR的原理结构如图3所示，它由固定电抗器、双向导通晶闸管

（或两个反并联晶闸管）串联组成。TCR正常工作时，在电压的每个正负半周的后1/4周波中，即从电压峰值到电压过零点的间隔内触发晶闸管，此时承受正向电压的晶闸光将导通，使电抗器进入导通状态。一般用触发延迟角（firing delay angle）α来表示晶闸管的触发瞬间，它是从电压最大峰值点到触发时刻的电角度，决定了电抗器中电流i的有效值的大小。

图4为TCR的电流波形，图4a为正半周波的情况，图4b为负半周波的情况。由于电抗器几乎是纯感性负荷，因此电感中的电流滞后于施加于电感两端的电压约90°，为纯无功电流。当α=0°时，电抗器吸收的感性无功最大(额定功率)：当α=0°时，电抗器吸收的感性无功最大（额定功率）；当α=90°，电抗器不投入运行，吸收的感性无功最小（空负荷功率）。

如果α介于0°到90°之间，则会产生含直流分量的不对称电流，所以α一般在0°到90°范围内调节，即0≤α≤π/2。通过控制晶闸管的触发延迟角α可以连续调节流过电抗器的电流在零（晶闸管阻断）到最大值（晶闸管全导通）之间变化，相当于改变电抗器的等效电抗值。

设接入点母线电压为标准的正弦信号，即

（a）正半周波电感上的电压电流值 （b）负半周波电感上的电压电流值

图4 TCR的电压和电流波形

?t u(t)?2Usin（2-3） 将晶闸管视为理想开关，则在正半波时，电抗器支路上的电流由下式确定： Ldi（2-4） ?2Usin(?t)

dt?t由于?t??时i=0，固有： i(t)??di?0l??2Usin?td(?t) （2-5） XL积分得：

12U(cos??cos?t) ???t?2??? i(t)??u(t)dt?（2-6）

L?XL其中，基波电抗XL=ωL,L为电抗器的电感值。 根据图4和式（2-6）可得如下结论： （1） 当?t??或?t?2???时，i(t)?0。 （2） 当?t??时，i(t)?imax??t2U(1?cos?)达到最大值。 XL（3） 当???t??期间，电感储存磁能，电流增加；在???t?2???期

1.2 国内磁控电抗器的发展情况

随着高磁感应强度及低损耗的晶粒取向钢带和高磁导率、高矩形系数的薄膜合金材料的出现，磁放大器以及饱和电抗器的理论及应用达到一个新水平，并且已引入到电力系统。磁控电抗器控制技术是高压无功补偿技术领域的一项高新技术，最早在50年代初在美国、俄罗斯等国提出，其关键技术在于磁控电抗器（MCR）。磁控电抗器的原理是通过调节电抗器工作铁心的磁饱和度来改变其输出容量，从而实现无功功率的动态可调。该技术诞生初期采用全饱和技术，装置本身的谐波含量达到35%，性能参数很不理想。90年代该技术得到了进一步完善，采用小截面饱和技术，使谐波含量大大降低,权威机构认证,磁控式技术将取代相控式成为优先选择的补偿滤波技术。目前国外的磁控式动态无功补偿在电气化铁路上得到大量应用，容量最大的达到120MVar。另外还应用于配电电网、提升机、变频驱动、水处理等的无功补偿和谐波抑制，兼有电压调节目的功能。

我国在磁控电抗器高压无功补偿技术的研究上近年来也取得较大成果，但大部分局限于理论阶段,或由于制造工艺问题,很难推广应用。自1990开始我国对磁控电抗器研究，先后发展经历了磁饱和式的磁控电抗器和非磁饱和式的磁控电抗器，铁心结构先后发展出现了磁阀式、裂心式、磁路并联漏磁自屏蔽的结构型式。

磁饱和式可控电抗器是采用直流助磁原理，通过调节控制绕组中的励磁电流，来控制铁心的磁饱和程度，以实现电抗的连续可调，铁心结构型式有磁阀式、裂心式；控制绕组励磁型式有自耦式励磁和外部励磁 。

磁阀式可控电抗器，两个心柱上对称地绕N/2匝数的绕组；每一绕组各有N2／N的抽头，之间接有晶闸管T1和T2，两个绕组交叉联接后并至电网，二极管D用于续流。当T1、T2均不导通时，电抗器相当于空载变压器；在电源电压正负半周内轮流触发T1、T2，则在绕组回路中产生直流偏磁电流。该控制电流产生直流磁通使铁心饱和，可控电抗器等值

图15 磁阀式可控电抗器结构示意图

容量增大。调节晶闸管触发角的大小以改变铁心磁饱和度，从而达到控制电抗器容量的目的。 磁阀式可控电抗器结构示意图见图15所示。磁阀式可控电抗器，虽然具有晶闸管控制电压低，可靠性相对较高，占地面积小，维护量小等优点，但磁阀式可控电抗器存在着铁心的硅钢片长期工作在过饱和区域，铁心损耗大、温升高、噪声大、铁心截面利用率低、结构和加工工艺十分复杂等问题。致使磁阀式可控电抗器这项技术，长期以来，未能在电网中广泛的推广应用。

裂心式可控电抗器，铁心分裂为两半，匝数各为Nk的两个直流控制绕组，分别套在半铁心柱上，所产生的直流磁通在半铁心自成回路；交流绕组N1绕在整体的两个铁心柱上，所产生的交流磁通通过两个并联半铁心和旁轭闭合。控制绕组由电压为Ek的直流电源提供。调节Ek的大小以改变铁心的磁饱和度，可以平滑地改变电抗器的容量。 裂心式可控电抗器结构示意图见图16所示。裂心式可控电抗器具有瞬时过负载能力，能大幅度限制操作过电压，适用于电压等级较高的线路，但裂芯式可控电抗器拥有需要单独的直流控制电源，具有明显的非线性伏安特性 ，自身产生的谐波量较大，铁芯柱长期工作在过饱和区域，损耗大、温升高、噪声大，且材料成本比磁阀式可控电抗器高等缺点，使得其也未能在电网中得到广泛的推广和应用。

为了更好的将磁控电抗器技术进行应用，国能子金电气有限公司的多位专家、工程师通过大量的科学实验和应用实验，收集了大量的数据，经过艰苦的攻关，成功地解决了磁控电抗器在制造、工艺上存在的问题，并开发出了高科技产品---BKS磁控电抗器，BKS磁控电抗器是属于非磁饱和式可控电抗器，其铁心结

图16 裂心式可控电抗器结构示意图

构是采用磁路并联漏磁自屏蔽的结构型式，截面由不饱和区域铁心和饱和区域铁心，交错排列组成并联磁路，通过调节可控硅触发导通角，控制附加直流励磁电流，励磁磁化铁心。调整不饱和区域和饱和区域的面积或磁阻，以改变并联磁路中不饱和区域的磁化程度和饱和区域的磁饱和程度，实现电抗值的连续、快速可调。磁控电抗器饱和区域铁心的漏磁通，通过不饱和区域铁心吸收而形成自屏蔽，使铁心的损耗、噪声、谐波含量大幅度降低。不需要采用单独的磁屏蔽装置，也不需要在金属结构件上附设磁屏蔽结构，工艺简单、可靠。具有输出谐波小、功耗低、免维护、结构简单、可靠性高﹑价格低﹑占地面积小等显著优点，是理想的动态无功补偿和电压调节设备。由北京国能子金公司生产的磁控电抗器投运的现场照片见图17所示。

图17 磁控电抗器运行

2. MCR式SVC的结构及工作原理

MCR式SVC也是并联无功补偿装置中的一种，它是通过控制MCR中励磁装置晶闸管的导通角来控制附加直流励磁电流的大小，改变铁心磁导率，以致改变电抗器电抗值的大小，以致改变无功输出电流的大小，从而改变无功补偿容量的大小。

2.1 MCR+FC型SVC的补偿原理

MCR+FC型SVC装置由补偿（滤波）支路和磁控电抗器（简称MCR）并联支路组成，其中补偿（滤波）支路经隔离开关固定接于母线，通过调节磁控电抗器的

输出容量（感性无功），实现无功的柔性补偿。MCR式SVC装置一次系统示意图见图18所示。MSVC补偿效果示意图见图19所示。

10kV(35kV)11次及高次补偿（滤波）5次补偿（滤波）7次补偿（滤波）支路支路支路MCR支路图18 MSVC一次系统示意图

图19 MSVC补偿效果示意图

2.2 MCR的结构与基本原理 2.2.1 MCR基本工作原理

磁控电抗器采用直流助磁原理，利用附加直流励磁磁化铁心，改变铁心磁导率，实现电抗值的连续可调，其内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高。

磁控电抗器采用小截面铁心和极限磁饱和技术，单相四柱铁心结构电抗器结构如图20所示，在中间套有线圈的两工作铁心柱上分布着多个小截面段，在电抗器的整个容量调节范围内，大截面段始终工作于未饱和线性区，仅有小截面段铁心磁路饱和，且饱和的程度很高。

图20 单相磁控电抗器铁心、线圈示意图

图21为铁心理想磁化曲线示意图，曲线中间部分为未饱和线性区，左、右两边为极限饱和线性区。若使电抗器工作在极限饱和线性区，不仅可以减小谐波含量，同时亦能大幅降低铁心磁滞损耗，电抗器铁损控制在理想状态。

图21 铁心磁饱和特性

2.2.2.原理接线图

磁控电抗器控制原理接线图如图22所示。在磁控电抗器的工作铁心柱上分别对称地绕有两个线圈，其上有抽头，它们之间接有可控硅T1、T2，不同铁心的上下两个主绕组交叉连接后并联至电源，续流二极管D接在两个线圈的中间。

AN2NKN2XT1DT2

图22 磁控电抗器原理接线图

当磁控电抗器主绕组接至电源电压时, 在可控硅两端感应出1% 左右的系

1.1.5电磁污染大

TCR采用串联干式空心电抗器，会产生大量电磁污染，对周围人体和设备危害。 1.1.6须专人值守

后期维护量大，需专人值守，与现代工业供电系统的无人值守不相符合。 2.MSVC型动态无功补偿装置的主要组成 1）隔离开关；

2）磁控电抗器（MCR）； 3）磁控电抗器专用控制器； 4）磁控电抗器专用保护装置； 5）围栏； 6）控制保护屏； 7）补偿电容器组

2.1MSVC型动态无功补偿装置

该动态无功补偿装置采用磁路并联漏磁自屏蔽和自耦式直流助磁电路的设计技术，使磁控电抗器真正实现了结构可靠、制造工艺简单、产品性能先进，成本低等优良的技术经济指标，解决了目前各类可控电抗器成本高、生产效率低、温升高、噪音大、难以在实际生产中应用等问题。目前，正在将此项技术广泛应用在电网节能、提高电能质量、提高电网运行可靠性和用户用电安全、设备节能等方面，研制开发出应用于不同行业、具有不同功能的新型磁控电抗器成套技术和新产品。

该装置具有输出谐波小、功耗低、免维护、结构简单、可靠性高﹑价格低﹑占地面积小等显著优点，其内部为全静态结构，无运动部件，工作可靠性高，是理想的动态无功补偿、滤波和电压调节设备。

磁控电抗器可以提供1-100%连续可调的无功功率，与电容器组合，就可以提供正负连续可调的无功功率，从而可以更精密、更快速地控制系统电压和无功。由于没有或极少有电容投切带来的冲击和涌流，可以大大提高可靠性与寿命。可以三相分别补偿，尤其适用三相功率不平衡的情况。由于可以提供正负无功功率，既可以在白天提供足够的容性无功，又可以在晚间吸收多余的容性功率，可以有效抑制晚间系统电压偏高的现象。

电容器直连接在系统中，当无功容量需要调整时，通过调整和其并联的可控电抗器来实现，电感与电容产生的无功，方向相反，通过调节电抗器的容量，做减法运算，就可以达到调节无功的目的，是一种新型的SVC。同TCR式SVC相比，其最大的优点是通过低压可控硅来控制高压电抗器的容量，因而具有TCR式SVC远不能相比的可靠性；通过优化设计，在三相系统中可以几乎做到无谐波，不像TCR式SVC必须加装滤波器；由于存在电磁过程，本装置的响应时间要长一些，可以达到响应时间200ms以内，同TCR式SVC的50秒的响应时间已经比较接近，可以适用于绝大多数应用场合。 2.2 MSVC型动态无功补偿装置的特点 2.2.1可靠性高

A、磁控电抗器不需要外接电源，完全由电抗器的内部绕组来实现自动控制。 B、磁控电抗器参与控制的晶闸管只有6只，每只管子两端承受的端电压只有1%～2％的系统额定电压，仅有几百伏，而采用的是耐压6500V的晶闸管，晶闸管不容易被击穿，可靠性高。 2.2.2经济性好

A、采用低电压可控硅控制，正常运行时无需承受高电压、大电流、采用自然冷却即可，投运后可实现免维护。

B、磁控电抗器结构简单，占地面积小，基础投资大大压缩。 C、MCR自身有功损耗低，仅为0.8%。 D、相同容量的装置造价，MCR远小于TCR。 2.2.3安全性好

A、 MCR利用低压可控硅作为调节装置，不需要串、并联，承受电压只有总电压的1％～2％，可控硅不容易被击穿，运行稳定可靠。

B、可控硅处于铁心副边回路，可控硅整流控制产生的谐波不流入外交流系统。 C、即使可控硅或二极管损坏，磁控电抗器也仅相当于一台空载变压器，不影响系统其它装置的运行。

D、接入三相系统的MCR采用△连接，并不是将磁控电抗器取代滤波电容中的串联电抗器，因此与电容器不会产生谐振。当MCR容量与电容器容量相等时，发生并联谐振，等效阻抗为无穷大，相当于从系统中断开。

2.2.4经济优势明显

A、采用低电压可控硅控制，设备投资少，后期免维护。 B、在相同电压下可提高30%的输电容量，降低输电线路的损耗。 C、磁控电抗器结构简单，占地面积小，基础投资大大压缩。

D、磁控电抗器自身有功损耗低，仅为TCR的30%，平均为0.2%-0.4%。

MCR和TCR式SVC技术比较一览表

比较项目 投资 运行方式 MCR式SVC 中 无级调节 （连续） 免维护， 使用寿命２５年 5次：≤1%, 7次：≤0.5% 无 平均 0.2%--0.4% 为TCR的1/10 ＜200ms 150% 无 TCR式SVC 大 无级调节 （连续） 维护量大 5次:6.5%, 7次:3.7% 无 平均0.5%--0.8% 很大，难布置 50ms 无 辐射大量磁场，对人体有危害 可靠性 谐波水平 投切涌流 有功损耗 占地面积 调节时间 过载能力 电磁污染

五、 针对重庆丰都、南宾站采用MCR和TCR的比较

1．项目概况

丰都、南宾站是丰都牵引变、石柱牵引变和沙子牵引变的接入系统变，接入系统的论证是由西南电力设计院（成都）做的，论证的结果是在丰都和南宾站需

分别加装50Mvar的SVC系统，以将牵引负荷引起的系统电压波动降至国标允许的范围内，需要分别增加投资约1177万元。

丰都站和南宾站的情况是：

丰都站 2×180MVA的主变，每台主变配套4组8000kvar的电容器组，共32000kvar的电容器，其中有两组是5%的电抗率，另两组是12%的电抗率；配1组8000kvar的并联电抗。

南宾站2×180MVA的主变，每台主变配套3组7500kvar的电容器组，共22500kvar的电容器，3组都是5%的电抗率；配1组8000kvar的并联电抗。

两个站的每组电容器组和并联电抗器都是通过开关柜跟系统相连的。 2.技术性比较

技术性比较已经在前面有所论述，在这里就不再赘述。

3.经济性比较

由于丰都和南宾站已经配套好了电容器组，故只论证采用MCR和TCR的经济性。

3.1采用TCR需要配置设备和基础设施建设的投资

1）需要建设专门的配电间，安装晶闸管阀组和控制、保护和监控系统屏； 2）需要配置5、7、11、13及高次滤波支路，增加投资和占地；

3）需要配置电抗器和阀组之间的连接电缆；穿墙套管；配置滤波支路与TCR之间的连接电缆；配置TCR与原来电容器组之间的电缆（由于配电间和原来的电容器组之间的距离可能会比较远，故连接电缆投资会比较大）；

4）需要配置水冷系统，要求提供洁净水源和占地；

根据以上TCR所需要的配置和基础设施建设及占地，根据TCR及附属设施建设和占地的目前市场价大概200～300元/kvar的价格，丰都站和南宾站共需要4套25Mvar的TCR及滤波装置，共需要投资两千多万，且工程实施复杂，建设和调试周期长。

3.2采用MCR需要配置设备的投资

1）需要配置磁控电抗器成套装置；

2）需要配置磁控电抗器与电容器组之间的连接电缆（由于磁控电抗器采用户外安装，可以与电容器组就近安装，连接电缆比较短）；

3）由于磁控电抗器几乎不产生谐波，本身不需要额外配置滤波支路，不由

此产生投资；

4）25Mvar容量的磁控电抗器的外形尺寸是5000mm×5000mm(长×宽)，需要配置占地。

根据以上MCR所需配置和占地，丰都站和南宾站共需要4套25Mvar的MCR成套装置，共需投资一千五百万左右，且工程实施简单，建设和调试周期短。

北京国能子金电气技术有限公司 2010.12.31

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